Découvrez le secret du matériau le plus dur de la planète, plus dur que le diamant

Des scientifiques russes viennent de concevoir un nouveau modèle de matériau à base de cristaux de fullerène avec une dureté mécanique extrêmement élevée, supérieure même à celle du diamant.

Cette découverte offre le potentiel d’approfondir notre compréhension des matériaux fullerènes, de faire progresser la recherche dans ce domaine et pourrait aider à synthétiser des matériaux ultra-durs pour l’industrie de transformation.

Une équipe de chercheurs de l'Université nationale russe des sciences et technologies (MISiS), de l'Institut de technologie des nouveaux matériaux carbonés et extra-durs de la capitale russe, ainsi que de plusieurs autres universités et instituts de recherche russes, a découvert comment les cristaux de fullerite se transforment en un matériau extra-dur, plusieurs fois plus dur que le diamant. L'équipe a également élaboré un modèle de la structure de ce matériau particulier.

L’étude sur cette question a été publiée dans la revue Carbon.

La fullerite est une structure cristalline moléculaire, avec un « réseau » de molécules de fullerène.

Les fullerènes sont un nouveau type de molécule dont les atomes forment une sphère creuse. Les sphères de carbone de la fullerite peuvent être disposées selon divers motifs, bien que la dureté du matériau dépende largement de la manière dont les fullerènes sont connectés.

Modèle de fullerite en diamant. (Source photo : Sputnik).

Des chercheurs du monde entier ont créé des modèles de polymérisation (lors de la création d'un polymère, une substance de faible poids moléculaire est fixée au centre actif d'une molécule) pour convertir les fullerènes en fullerites. Jusqu'à présent, la raison pour laquelle les matériaux créés étaient extrêmement durs n'était pas claire, comme l'ont démontré certains tests. Des scientifiques russes ont réussi à expliquer ce processus.

Des chercheurs russes ont entouré une structure cristalline de fullerite avec un diamant monocristallin, puis ont étudié le composé qui en a été créé.

L'hypothèse avancée par les chercheurs russes est que la compression de la fullerite à haute température transforme une partie des fullerènes en diamants polycristallins, tandis que l'autre partie reste sous forme comprimée (phase SH).

Selon les calculs des scientifiques russes, la fullerite à l'intérieur du diamant doit être comprimée, car la compression améliore son élasticité et ses propriétés mécaniques, tandis que la coque du diamant maintient la fullerite en place et préserve ses propriétés.

Contrairement au diamant, la fullerite n'est pas un matériau monocristallin. Dans des conditions normales, ce matériau est totalement mou. Cependant, lors du processus de polymérisation 3D sous haute pression, sa résistance à la compression et sa dureté augmentent considérablement, et le matériau devient extrêmement dur. La fullerite peut alors augmenter la résistance à la compression de la surface du diamant jusqu'à 310 GPa. Nous pensons que ces propriétés sont dues à l'état comprimé de la fullerite », a déclaré le Dr Pavel Sorokin, physicien et mathématicien.

Le Dr Sorokin dirige le projet de science théorique des matériaux sur l'infrastructure des nanostructures au laboratoire MISiS de nanomatériaux inorganiques. Il est également responsable du laboratoire de l'Institut de technologie des nouveaux matériaux en carbone extra-durs de Moscou.

Les chercheurs pensent pouvoir bientôt résoudre le mystère des matériaux extra-durs. Les résultats de la modélisation informatique pourraient permettre de créer des variantes à base de fullerite plus durables et de les produire en quantités suffisantes pour répondre à la demande et remplacer le diamant comme principal matériau carboné utilisé dans l'industrie de transformation actuelle.

Selon VOV